یک ذره باردار الکتریکی در میدان های الکتریکی و مغناطیسی چگونه رفتار می کند؟

یک ذره باردار الکتریکی در میدان های الکتریکی و مغناطیسی چگونه رفتار می کند؟
یک ذره باردار الکتریکی در میدان های الکتریکی و مغناطیسی چگونه رفتار می کند؟
Anonim

ذره باردار الکتریکی ذره ای است که دارای بار مثبت یا منفی است. این می تواند هم اتم، هم مولکول و هم ذرات بنیادی باشد. هنگامی که یک ذره باردار الکتریکی در میدان الکتریکی قرار می گیرد، نیروی کولن بر آن اثر می گذارد. مقدار این نیرو، اگر مقدار شدت میدان در یک نقطه خاص مشخص باشد، با فرمول زیر محاسبه می شود: F=qE.

پس،

ذره باردار الکتریکی
ذره باردار الکتریکی

ما تعیین کردیم که یک ذره باردار الکتریکی که در میدان الکتریکی قرار دارد، تحت تأثیر نیروی کولن حرکت می کند.

اکنون اثر هال را در نظر بگیرید. به طور تجربی مشخص شد که میدان مغناطیسی بر حرکت ذرات باردار تأثیر می گذارد. القای مغناطیسی برابر با حداکثر نیرویی است که بر سرعت حرکت چنین ذره ای از میدان مغناطیسی تأثیر می گذارد. یک ذره باردار با سرعت واحد حرکت می کند. اگر یک ذره باردار الکتریکی با سرعت معین به یک میدان مغناطیسی پرواز کند، آنگاه نیرویی که بر طرف میدان وارد می شود، خواهد بود.بر سرعت ذره و بر این اساس بر بردار القای مغناطیسی عمود است: F=q[v, B]. از آنجایی که نیرویی که بر ذره وارد می‌شود عمود بر سرعت حرکت است، بنابراین شتابی که این نیرو به آن وارد می‌کند نیز عمود بر حرکت است، یک شتاب عادی است. بر این اساس، هنگامی که یک ذره باردار وارد میدان مغناطیسی می شود، یک مسیر حرکتی مستطیلی خم می شود. اگر ذره ای موازی با خطوط القای مغناطیسی پرواز کند، میدان مغناطیسی روی ذره باردار اثر نمی کند. اگر به صورت عمود بر خطوط القای مغناطیسی پرواز کند، نیرویی که بر ذره وارد می شود حداکثر خواهد بود.

حرکت ذرات باردار
حرکت ذرات باردار

حالا قانون دوم نیوتن را بنویسیم: qvB=mv2/R، یا R=mv/qB، که m جرم ذره باردار و R برابر است شعاع مسیر از این معادله نتیجه می شود که ذره در یک میدان یکنواخت در امتداد دایره ای با شعاع حرکت می کند. بنابراین، دوره چرخش یک ذره باردار در یک دایره به سرعت حرکت بستگی ندارد. لازم به ذکر است که یک ذره باردار الکتریکی در میدان مغناطیسی دارای انرژی جنبشی ثابتی است. با توجه به اینکه نیرو بر حرکت ذره در هر یک از نقاط مسیر عمود است، نیروی میدان مغناطیسی که بر ذره وارد می شود، کار مربوط به حرکت حرکت ذره باردار را انجام نمی دهد.

حرکت یک ذره باردار در میدان مغناطیسی
حرکت یک ذره باردار در میدان مغناطیسی

جهت نیروی وارد بر حرکت ذره باردار در میدان مغناطیسی را می توان با استفاده از "قانون دست چپ" تعیین کرد. برای انجام این کار، باید کف دست چپ خود را طوری قرار دهیدبه طوری که چهار انگشت جهت سرعت حرکت یک ذره باردار را نشان می دهد و خطوط القای مغناطیسی به سمت مرکز کف دست هدایت می شوند که در این صورت شست خم شده در زاویه 90 درجه جهت حرکت را نشان می دهد. نیرویی که بر ذره ای با بار مثبت اثر می کند. در صورتی که ذره بار منفی داشته باشد، جهت نیرو مخالف خواهد بود.

اگر ذره ای باردار الکتریکی وارد ناحیه عمل مشترک میدان های مغناطیسی و الکتریکی شود، نیرویی به نام نیروی لورنتس بر آن اثر می گذارد: F=qE + q[v, B]. اولین عبارت به جزء الکتریکی و دومی به جزء مغناطیسی اشاره دارد.

توصیه شده: